一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法与流程

1.本发明涉及水位预测技术领域，具体地指一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法。


背景技术：

2.水力发电技术是一种清洁能源生产技术，其利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。
3.水电站在实际运行过程中需要实时监测、控制水库水位，以防止出现水库水位越限、发电机出力受阻等不利情况，因此需要对梯级水库进行统一调度，并实现来水预警及未来水位预测，使得水库水位趋于合理的高度。
4.公开号为cn113506010a的中国专利公开了一种大型流域水电站泄洪闸门数字化集中调控方法，其中通过遥控、遥调、遥视和广播对大型流域水电站泄洪闸门进行数字化集中调控，重点在于整个系统的调控，而在水位预测方面其主要通过受控水电站及其上游的水文预测数据、气象预测数据上传至流域梯级电站库水位预测系统进行水位预测，即其在进行预测的时候维度单一，而很多时候水位也会受到上下游发电站的影响，因此这种预测方法精准度存在可以提高的空间。。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，以解决背景技术中提出的问题。
6.本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，它包括下列步骤：s1、获取上、下游电站的发电计划、闸门启闭计划、水库初始水位，上下游电站间区间流量，并得出上、下游电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量；s2、选取预测单位时间点；s3、计算每个单位时间点上游电站的出库流量、下游电站的入库流量及出库流量，再结合本单位时间点下游电站的水库水位和水位库容曲线，得出下一个单位时间点的水库水位，后续单位时间点水位以此类推，完成水位初步预测；s4、引入调峰量数据对预测水位进行修正。
7.优选地，所述步骤s1中，所述上、下游电站每个单位时间点的发电流量，通过上、下游电站的发电计划、水库初始水位，查询电站nhq曲线可得；所述上、下游电站每个单位时间点的闸门泄洪流量，通过上、下游电站的闸门启闭计划、水库初始水位，查询电站闸门泄洪流量曲线可得；所述上下游电站间区间流量则根据区间来水、预报降雨取经验值进行估算，测算时采用默认值，默认值为下游电站上一日日均入库流量－上游电站上一日日均出库流量，
具体逻辑公式为：区间流量=下游电站上一日日均入库流量－上游电站上一日日均出库流量；该值根据水库水位历史测算值与水库水位实际值间的偏差进行手动修正。
8.优选地，所述步骤s2中，预测单位时间点根据电站发电计划及水位预测需求确定。
9.优选地，所述步骤s3中，通过上、下游电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量、区间流量，得到每个单位时间点上游电站的出库流量、下游电站的入库流量及出库流量；所述上游电站单位时间点的出库流量计算公式为：t时刻上游电站出库流量=t时刻上游电站发电流量＋t时刻上游电站闸门泄洪流量；所述下游电站单位时间点的入库流量计算公式为：t时刻下游电站入库流量=(t－
△
t）时刻上游电站出库流量＋区间流量；其中
△
t为上下游电站间水流传播时间；所述下游电站单位时间点的出库流量计算公式为：t时刻下游电站出库流量=t时刻下游电站发电流量＋t时刻下游电站闸门泄洪流量。
10.优选地，所述步骤s3中，通过t时刻水库初始水位，查询水库库容曲线，得出t时刻水库库容；叠加水库在（t1-t）时间段内的蓄放水量，从而得出t1时刻的预测水库库容，查询水库库容曲线，得出t1时刻预测水库水位，逻辑公式为：t1时刻预测水库库容=t时刻水库库容＋（t时刻入库流量－t时刻出库流量）*（t1－t）；以此类推，得出未来一段时间内的每一个单位时间点的预测水库水位，完成水位初步预测。
11.优选地，所述步骤s4中，引入调峰量数据对预测水位进行修正，即上游电站调峰时，其出库流量发生变化，引起下游电站入库流量变化，对该变化值进行处理，得到修正水位，从而对水库水位预测值进行修正，逻辑公式为：t1时刻修正水位={（t1时刻下游电站入库流量－t时刻下游电站入库流量）/δq } /100；δq为经验预测值，对不同梯级电站，其取值不同；最终，修正后的t1时刻水库水位=t1时刻预测水库水位＋t1时刻修正水位。
12.本发明的有益效果：1、本发明通过利用梯级电站的发电计划、闸门启闭计划、区间来水、预报降雨等多个维度的数据形成复杂运算系统，实现流域梯级水库水位滚动预测。
13.2、本发明引入梯级电站调峰量，对水位预测峰值进行修正，使得水位预测数据更加精准。
附图说明
14.图1是实施例1中的未经调峰修正的预测水位与实际水位图。
15.图2是实施例1中的调峰修正后的预测水位与实际水位图。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
17.一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，它包括下列步骤：s1、获取上、下游电站的发电计划、闸门启闭计划、水库初始水位，上下游电站间区间流量，并得出上、下游电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量；s2、选取预测单位时间点；s3、计算每个单位时间点上游电站的出库流量、下游电站的入库流量及出库流量，再结合本单位时间点下游电站的水库水位和水位库容曲线，得出下一个单位时间点的水库水位，后续单位时间点水位以此类推，完成水位初步预测；s4、引入调峰量数据对预测水位进行修正。
18.优选地，所述步骤s1中，所述上、下游电站每个单位时间点的发电流量，通过上、下游电站的发电计划、水库初始水位，查询电站nhq曲线可得；所述上、下游电站每个单位时间点的闸门泄洪流量，通过上、下游电站的闸门启闭计划、水库初始水位，查询电站闸门泄洪流量曲线可得；所述上下游电站间区间流量则根据区间来水、预报降雨取经验值进行估算，测算时采用默认值，默认值为下游电站上一日日均入库流量－上游电站上一日日均出库流量，具体逻辑公式为：区间流量=下游电站上一日日均入库流量－上游电站上一日日均出库流量；该值根据水库水位历史测算值与水库水位实际值间的偏差进行手动修正。
19.优选地，所述步骤s2中，预测单位时间点根据电站发电计划及水位预测需求确定。例如1分钟、2分钟、5分钟等等，间隔时间越短，预测精度相对更高。
20.优选地，所述步骤s3中，通过上、下游电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量、区间流量，得到每个单位时间点上游电站的出库流量、下游电站的入库流量及出库流量；所述上游电站单位时间点的出库流量计算公式为：t时刻上游电站出库流量=t时刻上游电站发电流量＋t时刻上游电站闸门泄洪流量；所述下游电站单位时间点的入库流量计算公式为：t时刻下游电站入库流量=(t－
△
t）时刻上游电站出库流量＋区间流量；其中
△
t为上下游电站间水流传播时间；所述下游电站单位时间点的出库流量计算公式为：t时刻下游电站出库流量=t时刻下游电站发电流量＋t时刻下游电站闸门泄洪流量。
21.优选地，所述步骤s3中，通过t时刻水库初始水位，查询水库库容曲线，得出t时刻水库库容；叠加水库在（t1-t）时间段内的蓄放水量，从而得出t1时刻的预测水库库容，查询水库库容曲线，得出t1时刻预测水库水位，逻辑公式为：t1时刻预测水库库容=t时刻水库库容＋（t时刻入库流量－t时刻出库流量）*（t1－t）；以此类推，得出未来一段时间内的每一个单位时间点的预测水库水位，完成水位
初步预测。
22.优选地，所述步骤s4中，引入调峰量数据对预测水位进行修正，即上游电站调峰时，其出库流量发生变化，引起下游电站入库流量变化，对该变化值进行处理，得到修正水位，从而对水库水位预测值进行修正，逻辑公式为：t1时刻修正水位={（t1时刻下游电站入库流量－t时刻下游电站入库流量）/δq } /100；δq为经验预测值，对不同梯级电站，其取值不同；最终，修正后的t1时刻水库水位=t1时刻预测水库水位＋t1时刻修正水位。
23.实施例1：本实施例以金沙江下游的溪洛渡-向家坝梯级水库为例，其中溪洛渡水电站为向家坝水电站的上游发电站。
24.一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，其中，包括以下步骤：s1.获取溪洛渡水电站、向家坝水电站的发电计划、闸门启闭计划、水库初始水位，溪洛渡水电站与向家坝水电站间区间流量，并计算得出溪洛渡水电站、向家坝水电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量；以预测向家坝水电站8时45分水库水位为例（溪洛渡-向家坝水流传播时间为2小时）：获取溪洛渡水电站6时30分计划出力为3220mw，对应发电流量为2130m
³
/s；获取溪洛渡水电站泄洪流量为0，因此时无闸门开启；获取溪向区间流量=向家坝水电站上一日日均入库流量－溪洛渡水电站上一日日均出库流量=10m
³
/s；获取向家坝水电站8时30分计划出力为3100mw，对应发电流量为3040m
³
/s；获取向家坝水电站泄洪流量为0，因此时无闸门开启；s2.选取预测单位时间点：根据溪洛渡水电站、向家坝水电站发电计划，选取15分钟作为一个单位时间点；s3.计算每个单位时间点溪洛渡水电站的出库流量、向家坝水电站的入库流量及出库流量，再结合本单位时间点向家坝电站水库水位和水位库容曲线，得出下一个单位时间点向家坝电站预测水库水位，后续单位时间点水位以此类推，完成水位初步预测。
25.6时30分溪洛渡电站出库流量=6时30分溪洛渡电站发电流量+6时30分溪洛渡电站闸门泄洪流量=2130m
³
/s；8时30分向家坝电站入库流量=6时30分时刻溪洛渡电站出库流量+溪向区间流量=2140m
³
/s；溪洛渡-向家坝水流传播时间为2小时；8时30分向家坝电站出库流量=8时30分向家坝电站发电流量+8时30分向家坝电站闸门泄洪流量=3040m
³
/s；8时30分向家坝水电站初始水位为376.45m，对应水库库容46.44亿m
³
；从而，8时45分向家坝水电站预测水库库容=8时30分向家坝电站水库库容+（8时30分向家坝电站入库流量-8时30分向家坝电站出库流量）*15min=46.43亿m
³
；查询水库库容曲线，得8时45分向家坝水库预测水位为376.44m;以此类推，可得出其余时间点的水库预测水位。
26.s4.引入调峰量数据对预测水位进行修正。
27.8时45分时刻向家坝电站修正水位={（8时45分向家坝电站入库流量-8时30分向家
坝电站入库流量）/δq}/100={（2140-1810）/300}/100=0.01m；δq取值为300m
³
/s；其中，8时45分向家坝电站入库流量可通过上述类似计算方法可得。
28.最终，修正后的8时45分向家坝水库水位=8时45分向家坝电站预测水位+8时45分向家坝电站修正水位=376.45m。
29.以此类推，可得出其余时间点的水库预测水位。
30.另外从图1和图2可以看出，图1中未经调峰修正的预测水位与实际水位相比，数据准确度偏低，而图2中经过调峰修正后的预测水位与实际水位相比，数据预测准确性明显提高。
31.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，其特征在于：它包括下列步骤：s1、获取上、下游电站的发电计划、闸门启闭计划、水库初始水位，上下游电站间区间流量，并得出上、下游电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量；s2、选取预测单位时间点；s3、计算每个单位时间点上游电站的出库流量、下游电站的入库流量及出库流量，再结合本单位时间点下游电站的水库水位和水位库容曲线，得出下一个单位时间点的水库水位，后续单位时间点水位以此类推，完成水位初步预测；s4、引入调峰量数据对预测水位进行修正。2.根据权利要求1所述的一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述上、下游电站每个单位时间点的发电流量，通过上、下游电站的发电计划、水库初始水位，查询电站nhq曲线可得；所述上、下游电站每个单位时间点的闸门泄洪流量，通过上、下游电站的闸门启闭计划、水库初始水位，查询电站闸门泄洪流量曲线可得；所述上下游电站间区间流量则根据区间来水、预报降雨取经验值进行估算，测算时采用默认值，默认值为下游电站上一日日均入库流量－上游电站上一日日均出库流量，具体逻辑公式为：区间流量=下游电站上一日日均入库流量－上游电站上一日日均出库流量；该值根据水库水位历史测算值与水库水位实际值间的偏差进行手动修正。3.根据权利要求1所述的一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，其特征在于：所述步骤s2中，预测单位时间点根据电站发电计划及水位预测需求确定。4.根据权利要求1所述的一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，其特征在于：所述步骤s3中，通过上、下游电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量、区间流量，得到每个单位时间点上游电站的出库流量、下游电站的入库流量及出库流量；所述上游电站单位时间点的出库流量计算公式为：t时刻上游电站出库流量=t时刻上游电站发电流量＋t时刻上游电站闸门泄洪流量；所述下游电站单位时间点的入库流量计算公式为：t时刻下游电站入库流量=(t－
△
t）时刻上游电站出库流量＋区间流量；其中
△
t为上下游电站间水流传播时间；所述下游电站单位时间点的出库流量计算公式为：t时刻下游电站出库流量=t时刻下游电站发电流量＋t时刻下游电站闸门泄洪流量。5.根据权利要求1所述的一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，其特征在于：所述步骤s3中，通过t时刻水库初始水位，查询水库库容曲线，得出t时刻水库库容；叠加水库在（t1-t）时间段内的蓄放水量，从而得出t1时刻的预测水库库容，查询水库库容曲线，得出t1时刻预测水库水位，逻辑公式为：t1时刻预测水库库容=t时刻水库库容＋（t时刻入库流量－t时刻出库流量）*（t1－t）；以此类推，得出未来一段时间内的每一个单位时间点的预测水库水位，完成水位初步预测。6.根据权利要求1所述的一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，其特
征在于：所述步骤s4中，引入调峰量数据对预测水位进行修正，即上游电站调峰时，其出库流量发生变化，引起下游电站入库流量变化，对该变化值进行处理，得到修正水位，从而对水库水位预测值进行修正，逻辑公式为：t1时刻修正水位={（t1时刻下游电站入库流量－t时刻下游电站入库流量）/δq } /100；δq为经验预测值，对不同梯级电站，其取值不同；最终，修正后的t1时刻水库水位=t1时刻预测水库水位＋t1时刻修正水位。

技术总结
本发明公开一种基于多维复杂系统的流域梯级水库水位预测方法，包括S1、获取上、下游电站的发电计划、闸门启闭计划、水库初始水位，上下游电站间区间流量，并得出上、下游电站每个单位时间点的发电流量、闸门泄洪流量；S2、选取预测单位时间点；S3、计算每个单位时间点上游电站的出库流量、下游电站的入库流量及出库流量，再结合本单位时间点下游电站的水库水位和水位库容曲线，得出下一个单位时间点的水库水位，后续单位时间点水位以此类推，完成水位初步预测；S4、引入调峰量数据对预测水位进行修正；本发明通过利用梯级电站的发电计划、闸门启闭计划、区间来水、预报降雨等多个维度的数据形成复杂运算系统，实现流域梯级水库水位滚动预测。动预测。动预测。


技术研发人员：曹海 夏运超 林显 李鹏 徐涛 周敏 王代春 陶兴勇 蔡鹏
受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/9/5